JP4902054B2

JP4902054B2 - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP4902054B2
Application number: JP2001110798A
Authority: JP
Inventors: 正彦小林; 文司三浦
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: JP2002309370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、基板の表面にスパッタリングにより薄膜を作成するスパッタリング装置に関するものであり、特に、成膜に先だって基板の表面をエッチングする前処理を行うスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング装置は、基板の表面に薄膜を作成する装置として産業の各分野で盛んに使用されている。特に、ＬＳＩを始めとする各種電子デバイスの製造では、各種導電膜や絶縁膜の作成にスパッタリング装置は多用されている。
このような成膜技術においては、成膜に先立ち、基板の表面をエッチングする前処理（以下、前処理エッチングと呼ぶ）を行うことがある。前処理エッチングは、多くの場合、基板の表面に形成されている薄膜を除去する処理である。
【０００３】
例えば、基板の表面には自然酸化膜や保護膜が形成されていることがある。このような薄膜が形成されている状態で成膜処理を行うと、作成される薄膜の品質が損なわれることがある。例えば、基板の表面に絶縁性の自然酸化膜や保護膜が形成されている状態で配線用の導電材料の成膜を行うと、下地である基板の表面と配線用の導電膜との導通性が悪くなる問題がある。
また、自然酸化膜や保護膜がある状態で成膜を行うと、作成する薄膜の基板に対する密着性が悪くなることもある。さらに、基板の表面にゴミや汚れが付着している場合にも、基板に対する薄膜の密着性や導通性等が悪化する。このようなことから、成膜に先立ち、基板の表面をエッチングし、表面の自然酸化膜、保護膜、又は、ゴミ等の異物を取り除く処理をしている。
【０００４】
前処理エッチングは、通常、スパッタリングを行うスパッタチャンバーとは別に設けられたチャンバー内で行われる。スパッタチャンバー内で前処理エッチングを行うことも不可能ではないが、スパッタチャンバー内で前処理エッチングを行うと、前処理エッチングの際に放出された自然酸化膜や保護膜の微粒子がスパッタチャンバー内を浮遊し、スパッタリングの際に作成される薄膜中に混入する等の基板の汚損の原因となり易い。尚、このような基板を汚損する微粒子を本明細書ではパーティクルと総称する。
【０００５】
一方、スパッタリング装置のような基板処理装置では、デバイスの微細化や高集積度化等を背景とした処理の品質向上の要請やデバイスの高機能化等を背景とした処理の複雑化の傾向から、複数の真空チャンバーを気密につないだマルチチャンバータイプの装置が主流になっている。前述した前処理エッチングを行うスパッタリング装置も同様であり、内部で前処理エッチングが行われる前処理エッチングチャンバーやスパッタチャンバーを含む複数の真空チャンバーが気密に接続されている。基板は、大気に取り出されることなく前処理エッチングチャンバーからスパッタチャンバーに送られ、前処理エッチングとスパッタリングとが真空中で連続して行われる。
【０００６】
従って、前処理エッチングのための構成としては、前処理エッチングチャンバーとその内外に備え付けられる部材から成る。以下、この構成を、前処理エッチングモジュールと呼ぶ。前処理エッチングモジュールには、通常、スパッタエッチングを行う構成が採用されている。即ち、基板が配置された真空チャンバー内にガス放電によるプラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板の表面に入射させる構成である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した前処理エッチングモジュールを備えた従来のスパッタリング装置において、前処理エッチングモジュールにおける前処理エッチングが突然不安定になることがある。具体的には、パーティクルの発生、プラズマの乱れによるエッチング均一性の悪化、エッチング速度の変動等の異常（以下、前処理エッチング異常）が突発的に生ずることがある。
本願の発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、前処理エッチングを行う前処理エッチングモジュールにおける、パーティクルの発生、プラズマの乱れによるエッチング均一性の悪化、エッチング速度の変動等の突発的な異常を未然に防止するという技術的意義がある。
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面にスパッタリングにより薄膜を作成する成膜処理が内部で行われるスパッタチャンバーと、成膜処理に先立ち基板の表面をエッチングする前処理が内部で行われるチャンバーであってスパッタチャンバーと真空が連続するようにして設けられた前処理エッチングチャンバーとを備えたスパッタリング装置であって、前処理エッチングチャンバー内には、エッチングの際に基板の表面から放出された材料が特定の場所に付着するのを防止する防着シールドが設けられており、防着シールドは交換可能に設けられているとともに、防着シールドの表面には、堆積する薄膜の剥離を防止するための凹凸が形成されており、さらに防着シールドの表面の一部又は全部は絶縁物となっている構成を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態のスパッタリング装置の平面概略図である。図１に示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置された搬送チャンバー１と、搬送チャンバー１の周囲に設けられた複数の処理チャンバー２，３，４及び二つのロードロックチャンバー５とからなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３、４，５は、専用又は兼用の不図示の排気系を備えており、所定の圧力まで排気されるようになっている。各チャンバー１，２，３、４，５同士の接続箇所には、ゲートバルブ６が設けられている。
【００１０】
ロードロックチャンバー５の外側には、オートローダ７が設けられている。オートローダ７は、大気側にある外部カセット８から基板９を一枚ずつ取り出し、ロードロックチャンバー５内の内部カセット５１に収容するようになっている。
また、搬送チャンバー１内には、搬送ロボット１１が設けられている。この搬送ロボット１１は多関節ロボットが使用されている。搬送ロボット１１は、いずれか一方のロードロックチャンバー５から基板９を一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２、３，４に送って順次処理を行い、最後の処理を終了した後、いずれか一方のロードロックチャンバー５に戻すようになっている。搬送チャンバー１内は不図示の排気系によって常時１０^−４〜１０^−６Ｐａ程度の真空圧力が維持される。従って、搬送ロボット１１としてはこの真空圧力下で動作可能なものが採用される。
【００１１】
複数の処理チャンバー２、３，４のうちの一つは、基板９の表面に所定の薄膜を作成するためのスパッタリングを行うスパッタチャンバー４である。また、他の一つの処理チャンバー２は、本実施形態の大きな特徴点を成す前処理エッチングモジュールを構成する。さらに他の一つの処理チャンバー３は、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー３である。
【００１２】
次に、本実施形態の装置の大きな特徴点を成す前処理エッチングモジュールの構成について図２を使用して説明する。図２は、図１に示す装置が備える前処理エッチングモジュールの正面断面概略図である。
前処理エッチングモジュールは、内部で前処理エッチングが行われる前処理エッチングチャンバー２と、前処理エッチングチャンバー２内を排気する排気系２１と、前処理エッチングチャンバー２内にガスを導入するガス導入系２２と、前処理エッチングチャンバー２内の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー２３と、基板ホルダー２３に保持された基板９の表面を臨む空間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、形成されたプラズマからイオンを引き出して基板９の表面に入射させる電界を設定するバイアス用電源２４とから主に構成されている。
【００１３】
前処理エッチングチャンバー２は、気密な真空容器であり、ゲートバルブ６を介して基板９の出し入れが行われるようになっている。排気系２１は、前処理エッチングチャンバー２内を１０^−５〜１０^−７Ｐａ程度まで排気できるよう構成されている。ガス導入系２２は、アルゴンのような不活性ガスを所定の流量で導入するようになっている。ガス導入系２２は、ガスリザーバ２２１に所定量のガスを溜め、バルブ２２２の開閉によってガスリザーバ２２１内のガスを前処理エッチングチャンバー２内に導入する。
【００１４】
基板ホルダー２３は、上面に基板９を載置して保持する台状の部材である。基板ホルダー２３は、金属製のホルダー本体２３１と、ホルダー本体２３１の上に固定された石英ガラス板２３２と、ホルダー本体２３１を支える支柱２３３とから主に構成されている。石英ガラス板２３２は、前処理エッチングの際に基板ホルダー２３の表面もエッチングされる可能性があることを考慮したものであり、エッチングされても汚損物質を発生させないよう石英ガラス板２３２が設けられている。また、基板ホルダー２３は周囲を取り囲むようにして絶縁カバー２６４を有している。絶縁カバー２６４は、基板ホルダー２３の周囲での不要な放電を防止するためのものである。
【００１５】
基板ホルダー２３は、基板９の出し入れの際に駆動される昇降機構２３５を備えている。昇降機構２３５は、基板９の出し入れの際には基板ホルダー２３を所定の下限位置に位置させ、前処理エッチングの際には図２に示すような上限位置に位置させる。基板ホルダー２３は、前処理エッチングチャンバー２の底板部を気密に貫通して昇降するようになっており、貫通部分にはメカニカルシールのような真空シール２３６が設けられている。
【００１６】
本実施形態では、高周波放電により前処理エッチング用のプラズマを形成するようになっている。即ち、プラズマ形成手段は、前処理エッチングチャンバー２内に設けられた高周波電極と、高周波電極に高周波電圧を印加するプラズマ用高周波電源２５とから構成されている。プラズマ用高周波電源２５は、本実施形態では６０ＭＨｚのようなＶＨＦ帯（３０Ｍ〜３００ＭＨｚ）の高周波を発生させるものが使用されている。
本実施形態では、基板ホルダー２３が高周波電極として兼用されている。即ち、プラズマ用高周波電源２５は、ホルダー本体２３１及び石英ガラス板２３２を介して基板９に高周波電圧を印加するようになっている。
【００１７】
バイアス用電源２４は、同様にホルダー本体２３１及び石英ガラス２３２を介して基板９に高周波電圧を印加するものである。即ち、バイアス用電源２４とプラズマ用高周波電源２５は、並列にホルダー本体２３１に接続されている。尚、バイアス用電源２４やプラズマ用高周波電源２５は、不図示の整合器を介してホルダー本体２３１に接続されている。
【００１８】
バイアス用電源２４は、４００ｋＨｚのようなＭＦ帯（３００〜３０００ｋＨｚ）の高周波を発生させるものが使用されている。ガス導入系２２により導入されたガスのプラズマがプラズマ用高周波電源２５によって形成されている状態で、バイアス用電源２４が動作すると、プラズマ中の電子やイオンは、プラズマ用高周波電源２５の高周波よりも長い周期で周期的に基板９に引き寄せられる。この際、電子とイオンの移動度の違いから、電子の方がイオンに比べて多く引き寄せられ、時間積分すると、基板９の電位変化は、バイアス用電源２４の高周波に負の直流電圧を重畳したような電位変化となる（実際にはこれにプラズマ用高周波電源２５による電位変化が重畳される）。この負の直流電圧が自己バイアス電圧である。この自己バイアス電圧により正イオンが引き出されて基板９の表面に効率良く入射し、基板９の表面がスパッタエッチングされる。
【００１９】
また、図２に示すように、前処理エッチングチャンバー２の上側には、磁石２７が設けられている。この磁石２７は、前処理エッチングチャンバー２の上壁部に向けてのプラズマの拡散を防止するものである。
【００２０】
このような前処理エッチングモジュールでは、エッチングの際に基板９の表面から放出された材料が特定の場所に付着するのを防止する防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４が設けられている。防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、具体的には、基板ホルダー２３上の基板９を取り囲む状態となる下側シールド２６１と、下側シールド２６１の上部開口を塞ぐ状態となっている上側シールド２６２と、下側シールド２６１と上側シールド２６２との間の隙間２６０を塞ぐ状態となっている外側シールド２６３と、外側シールド２６３を下側シールド２６１及び上側シールド２６２に固定する固定用シールド２６４となっている。
【００２１】
防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４が無いと、前処理エッチングの際に基板９からエッチングされて放出される自然酸化膜や保護膜等の微粒子は、前処理エッチングチャンバー２の壁面等の露出面に付着する。この露出面への微粒子の付着が重なると、経時的に薄膜に成長し、内部応力や自重によりその薄膜が剥離することがある。剥離した薄膜は、前述したのと同様にパーティクルとなり、基板９を汚損する原因となる。
【００２２】
前処理エッチングの際の放出物は防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４に多く付着することになるが、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、表面に微細な凹凸を設ける等して薄膜を剥離を防止した構成となっている。凹凸は、高さ（深さ）が１００μｍ〜５００μｍ程度であり、砂のような粒状材料を吹き付ける方法であるブラスト法により形成されている。防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、ある程度の回数の前処理エッチングを繰り返した後、新品の又は薄膜が除去されたものと交換される。
【００２３】
尚、下側シールド２６１及び上側シールド２６２は同じ径の円筒形である。下側シールド２６１は開口を有しており、この開口に基板ホルダー２３が挿通されている。隙間２６０は、下側シールド２６１と上側シールド２６２等で形成された内部空間のコンダクタンスを向上させるために設けられている。外側シールド２６３には、不図示の開閉機構が付設されており、前処理エッチングチャンバー２内を排気する場合には、外側シールド２６３が移動して隙間２６０を開放するようにする。尚、これらの防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、電気的にはすべて接地されている。
【００２４】
本実施形態の大きな特徴点は、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面が絶縁物となっている点である。具体的に説明すると、図２中に拡大して示すように、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、アルミニウムやステンレス等の金属製のシールド本体２６Ａの表面に絶縁層２６Ｂが形成された構成となっている。本実施形態では、絶縁層２６Ｂの形成はアルミナの溶射によっている。アルミナより成る絶縁層２６Ｂの厚さは８μｍ程度であり、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の全面に亘っている。
【００２５】
アルミナの溶射は、プラズマ式溶射によることが好ましい。具体的には、溶射する材料を内部に溜めた溶射ガンヘッドのノズル部の先端に電極を設け、電極とノズルとの間に不活性ガスを流す構造のものを採用する。電極に電圧を印加してガスにアーク放電を発生させ、プラズマを形成する。溶射ガンヘッドの内部に材料の粉末を溜め、ノズルから噴射させると、プラズマの熱で溶けて対象物に付着し、所望の絶縁層が形成される。溶射法によると、表面に微細な凹凸があってもその凹凸をなぞるように絶縁層２６Ｂが形成できるので好適である。
【００２６】
本実施形態においてこのような表面絶縁層２６Ｂを形成するのは、前述した突発的な前処理エッチング異常の発生原因について研究した本願の発明者の研究成果によるものである。以下、この点について説明する。
【００２７】
発明者の研究によると、前述した突発的な前処理エッチング異常は、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４付近の異常な放電（以下、単に異常放電）に起因するものであることが判ってきた。前処理エッチング異常は、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換時に頻発することが以前から経験的に知られていた。発明者は、前処理エッチング異常が発生した際に防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４を点検してみると、図３に示すような異常放電跡２６Ｃが確認された。図３は、前処理エッチング異常発生時の異常放電跡を模式的に示した斜視図であり、一例として下側シールド２６１における異常放電跡２６Ｃを示している。異常放電跡２６Ｃは、図３に示すように、防着シールド２６１の表面にランダムに線状の傷が付いたような跡である。
【００２８】
図３に示すような異常放電跡２６Ｃは、非常に大きな電流が流れるアーク放電が突発的に生じた場合に生ずることが多い。即ち、前述したプラズマ形成手段がプラズマを形成する際の高周波放電では、電流密度は比較的低く、いわゆるグロー放電である場合が多い。このようなグロー放電では、電極に流入する電流密度が低いので、図３に示すような跡が認められることは殆どない。しかしながら、アーク放電が突発的に生ずると、そこに電流が集中して流れるため、図３に示すような異常放電跡２６Ｃが認められることがある。
【００２９】
このようなことから、図３に示すような異常放電跡２６Ｃは、アーク放電が突発的に生じてできた跡であると考えられるのである。防着シールド２６１に異常放電跡２６Ｃがあるということは、防着シールド２６１が一つの電極になり基板ホルダー２３との間でアーク放電が生じたと考えられる。
つまり、従来の構成では防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は金属製であり、前述した通り接地されている。従って、プラズマ用高周波電源２５が基板ホルダー２３に高周波電圧を印加した際、基板ホルダー２３と防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４との間には、高周波電界が設定され、この高周波電界によって突発的なアーク放電が生ずると考えられる。
【００３０】
このような前処理エッチング異常による処理不良を回避する目的で、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換後、ダミーの前処理エッチング（以下、ダミーエッチング）をある程度の回数繰り返すことが従来から行われている。ダミーエッチングは、ある程度厚さで表面が酸化されているシリコンウェーハ等をダミー基板として用い、このダミー基板を基板ホルダー２３上に載置してエッチングを行う。ある程度の回数のダミーエッチングを繰り返す、アーク放電が収束し、アーク放電の発生が殆ど見られなくなる。このような状態になってから、通常の前処理エッチングを再開するようにしている。
【００３１】
しかしながら、このようにダミーエッチングを多くの回数繰り返してから通常の処理を再開するようにすると、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換から処理の再開までに非常に長い時間を要してしまう。例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの場合、ダミーエッチングに要する時間は４〜５時間程度にもなり、それは、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換のためのメンテナンスに要する全体の４０％程度に達する。また、ダミーエッチングを数多く繰り返すと、ダミー基板の消費量が多くなり、ランニングコストを増大させる大きな要因になる。このように、前処理エッチング異常による処理不良を回避する目的で数多くダミーエッチングを繰り返す方法では、生産性の点で問題が生じたり、ランニングコストの面で問題が生じたりする。
【００３２】
数多くダミーエッチングを繰り返すとアーク放電が収束するのは、金属製の防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面に絶縁物の膜が堆積し、その膜がある程度の厚さになることによるものと推測される。つまり、ある程度の厚さの絶縁膜により、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面はアースから絶縁され、基板ホルダー２３と防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面との間に大きな高周波電界が印加されることが無くなる。この結果、アーク放電が収束するものと考えられる。
【００３３】
本実施形態において、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面を絶縁物にしておく構成は、このような考え方に基づいている。つまり、最初から防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面を絶縁物にしておけば、多数回のダミーエッチングを行うこと無しに、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換の当初からアーク放電の発生の無い前処理エッチングが可能になる筈であるとの考え方に基づいている。
【００３４】
このような考え方は、発明者の行った実験によって実証された。以下、この実験の結果について説明する。
図４、図５及び図６は、実施形態のスパッタリング装置の効果について確認した実験の結果について示す図である。このうち、図４及び図５は、防着シールド交換後のダミーエッチングの実験について示した図、図６は、防着シールド交換後のパーティクルの発生数について示した図である。
【００３５】
まず、図４は、本実施形態の装置における防着シールド交換後のダミーエッチングの実験について説明している。防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換後、ダミー基板を基板ホルダー２３上に配置した後、排気系２１によって前処理エッチングチャンバー２内を１０^−５〜１０^−７Ｐａ程度まで排気した。そして、ガス導入系２２によって所定の流量のガスを導入し、プラズマ用高周波電源２５を動作させてダミーエッチングを行った。プラズマ用高周波電源２５の周波数６０ＭＨｚであり、最初は、５００Ｗ程度の小さな電力でダミーエッチングを行う。そして、図４に示すように、ダミーエッチングを繰り返す度に徐々に電力を大きくし、最終的には２０００Ｗ程度の電力でダミーエッチングを行った。尚、前処理エッチングチャンバー２内の圧力は０．１３Ｐａ、アルゴンガスの流量は１００ミリリットル／分程度である。また、１回のダミーエッチングの時間は、１００秒程度である。
【００３６】
次に、バイアス用電源２４も動作させ、通常の前処理エッチングと同じ条件でダミーエッチングを行った。具体的には、プラズマ用高周波電源２５の出力を６０ＭＨｚ１８００Ｗとし、バイアス用電源２４の出力を４００ｋＨｚ５０Ｗとしてダミーエッチングを行った。このダミーエッチングにおいて、再現性が充分に確保されているか等を確認し、その後、通常の前処理エッチング処理を再開した。
【００３７】
上記本実施形態の装置におけるダミーエッチングの実験において、処理の再開までに行うダミーエッチングの回数は２０回程度で、使用したダミー基板の枚数２０枚程度であった。また、ダミーエッチングの過程で、アーク放電等の異常は全く確認されなかった。尚、このようなダミーエッチングは、プラズマ用高周波電源２５の出力を徐々に大きくする慣らし運転を行ったり再現性を確認したりするのが目的であり、アーク放電等の異常を防止する目的ではない。
【００３８】
次に、図５は、従来の装置における防着シールド交換後のダミーエッチングの実験について示している。防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４が全体に金属製である従来の装置の構成において、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４を交換後、図４の場合と同様に、プラズマ用高周波電源２５のみを最初に動作させ、出力を６０ＭＨｚ５００Ｗから徐々に大きくした。そして、同様にプラズマ用高周波電源２５の出力を６０ＭＨｚ２０００Ｗ程度にした後、通常の処理の条件である６０ＭＨｚ１８００Ｗにし、バイアス用電源２４を４００ｋＨｚ５０Ｗの条件で動作させた。
【００３９】
ここまでは、本実施形態の場合と同様に、慣らし運転を行ったり再現性を確認したりする主的のダミーエッチングであるが、これのみではアーク放電を収束させることができない。即ち、ここまでのダミーエッチングを繰り返す過程で、図５に点線で示すように、アーク放電が頻繁し、１回のダミーエッチングで１５回程度発生した。尚、アーク放電の発生は、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４とアースとの間に、ペンレコーダ付き電流計のような計測機器を設け、アースに向かってリップル電流が流れたがどうかで確認された。
【００４０】
このように従来の構成ではアーク放電が発生しているため、さらにダミーエッチングをさらに繰り返す必要がある。具体的には、６０ＭＨｚ５００Ｗ及び４００ｋＨｚ５０Ｗという通常の処理と同じ条件でさらに３００回程度ダミーエッチングを繰り返すと、図５に示すように、アーク放電は収束し、ほぼ０になった。しかし、このようにアーク放電が０に収束するまでには４〜５時間程度を要した。ダミー基板の枚数としては、３００ｍｍのシリコンウェーハの場合で３００枚程度が必要であった。尚、図５中の点線は、１回のダミーエッチング中のアーク放電の発生回数の推移を示す。
【００４１】
このように、従来の構成の場合、多くの回数のダミーエッチングを繰り返さなければアーク放電が収束しなかったが、実施形態の構成の場合、再現性の確認等の目的のためのダミーエッチング中にアーク放電の発生は全く確認されず、アーク放電の収束のための追加的なダミーエッチングは全く不要であった。
【００４２】
次に、図６は、前処理エッチング開始後のパーティクル発生数について調べた結果を示すものである。図６中の実線は、従来の構成において上述のようにダミーエッチングを行った後に、前処理エッチングを再開した場合のパーティクルの発生数、図６中の点線は、本実施形態の構成において上述したようにダミーエッチングを行った後に前処理エッチングを再開した場合のパーティクルの発生数をそれぞれ示している。パーティクルの発生数は、毎回の前処理エッチングにおいて、基板９の表面に付着した０．１６μｍ以上のパーティクルの数を数えることにより計測した。
【００４３】
図６に実線で示すように、従来の構成の場合、前処理エッチング再開後に数多く（５００〜１０００個弱程度）のパーティクルが発生しているのが確認された。パーティクルの発生は非常に不安定に推移している。このような傾向は、５００〜６００回程度の前処理エッチングを行うまで続いた。一方、本実施形態の構成によれば、前処理エッチング再開当初からパーティクルの個数は２０個以下であり、その後も安定して推移した。
【００４４】
従来の構成における前処理エッチング再開後の大量のパーティクルの発生は、いわゆるマイクロアーキングが原因であると推測される。従来の構成において、ダミーエッチングを多数回繰り返す過程で、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面には、ダミー基板の表面のエッチングによって放出された酸化物が堆積する。この堆積膜がかなりの厚さに成長することで、前述したようにアーク放電が収束するのであるが、アーク放電が収束した後も、計測機器では確認できない微小なアーク放電（マイクロアーキング）が発生しているものと推測される。
【００４５】
マイクロアーキングの発生理由については、一概には明らかではないが、一つの理由としては、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４への堆積膜は、エッチングによる放出物が自然に付着してできるものであるため、構造的に不安定であり、このためにマイクロアーキングが発生するものと推測される。マイクロアーキングが発生すると、堆積膜が剥離し、パーティクルが一時的に多く発生する。図６に実線で示す不安定なパーティクルの大量発生はこのような原因によるものと推測される。
いずれにしても、本実施形態の構成によれば、前処理エッチング再開後の不安定なパーティクルの大量発生はなく、非常に少ないパーティクル発生数で安定して処理を行うことができる。
【００４６】
また、従来の構成では、前処理エッチング再開後にエッチング分布（基板９の表面内におけるエッチング速度の分布）が不均一になったり不安定になったりすることが確認されている。この理由の一つも、マイクロアーキングの発生であると考えられている。上述した本実施形態の構成における実験では、このようなエッチング分布に不均一化は確認されず、エッチング分布は均一で安定したものであった。
尚、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面の絶縁層２６Ｂは、８μｍ程度の厚さであることが好ましいが、１μｍ以上であれば、同様の効果が得られる。絶縁層２６Ｂの形成方法は、前述したように溶射による方法が好ましく、アルミナの他、酸化シリコンの溶射でも良い。
【００４７】
また、前述した通り、本実施形態では、６０ＭＨｚのプラズマ用高周波電源２５と、４００ｋＨｚのバイアス用電源２４の二つの高周波電源２４，２５が使用されている。このような周波数の異なる二つの高周波電源２４，２５を使用することは、上述したアーク放電の防止と密接に関連している。
高周波によるプラズマの形成の場合、一般的には周波数が高い方がイオン化効率が高くなるため、高密度プラズマを形成する意味で有利である。しかしながら、周波数が高くなると、アーク放電が生じやすくなることがある。この原因の一つは、移動度の低いイオンが電界の変化に追従することが困難になってくるためである。一方、本実施形態のように、６０ＭＨｚの周波数に加えてそれより低い４００ｋＨｚを使用するようにすると、プラズマの形成効率をそれ程下げずにアーク放電の発生を抑制することができる。
前記説明から解るように、本実施形態では、低い周波数の方の高周波電源を自己バイアス印加用としている。これは必ずしも必須の条件ではない。高低両方の高周波電源をプラズマ形成用に使用しても良い。
【００４８】
次に、本実施形態のスパッタリング装置の他の構成について説明する。
プリヒートチャンバー３におけるプリヒート（予備加熱）は、基板９の吸蔵ガスを放出させる目的で行われる。この吸蔵ガスの放出を行わない場合、成膜時の熱により吸蔵ガスが放出され、発泡によって膜の表面が粗くなる問題がある。
プリヒートチャンバー３内には、所定の温度に加熱維持される不図示のヒートステージが設けられている。基板９は、このヒートステージに載置され、所定温度に加熱されることによりプリヒートされる。ヒートステージと基板９との間の熱伝導性を向上させるため、Ｈｅのような熱伝導性の良いガスがヒートステージと基板９との間に供給される場合もある。
【００４９】
スパッタチャンバーは、スパッタリングを行うためのモジュールであるスパッタリングモジュールを構成する。スパッタリングモジュールは、スパッタチャンバーと、スパッタチャンバーを排気する排気系と、スパッタチャンバー内にアルゴン等のガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットを含むカソードと、ターゲットをスパッタするための電圧をカソードに印加するスパッタ電源と、ターゲットに対向したスパッタチャンバー内の位置に基板９を保持する基板ホルダー等から構成されている。
【００５０】
ガス導入系によってアルゴン等のガスを導入し、排気系によってスパッタチャンバー内を所定の真空圧力に維持した状態で、スパッタ電源を動作させる。スパッタ放電が生じてターゲットがスパッタされ、ターゲットの材料の薄膜が基板９の表面に作成される。ターゲットの背後（被スパッタ面とは反対側）には、マグネトロンスパッタを可能にする磁石ユニットが設けられる。
【００５１】
また、図１に示すように、セパレーションチャンバー１の周囲には、さらに別の真空チャンバー１０が設けられている。これらの真空チャンバー１０は、必要に応じて、スパッタチャンバー４と同一の構成として生産性を向上させたり、または異種薄膜を積層する場合には異種材料のターゲットを備えたスパッタチャンバー４としたりする。もしくは、成膜処理の後、基板９を冷却する冷却チャンバーとしたりする場合もある。
【００５２】
次に、本実施形態のスパッタリング装置の全体の動作について説明する。
外部セット８に収容された基板９は、オートローダ７によってロードロックチャンバー５内の内部カセット５１に搬入される。内部カセット５１に搬入された基板９は、セパレーションチャンバー１に設けられた搬送ロボット１１により、まず前処理エッチングチャンバー２に搬入され、前述した前処理エッチングが行われる。次に、基板９はプリヒートチャンバー３に搬送され、不図示のヒートステージに載置されて所定の温度に加熱される。これによって基板９はプリヒートされ、基板９中の吸蔵ガスが放出される。
【００５３】
そして、基板９はスパッタチャンバー４に搬入され、スパッタリングによる成膜処理が行われる。その後、基板９は搬送ロボット１１によりスパッタチャンバー４から搬出され、内部カセット５１に収容される。内部カセット５１に収容された処理済みの基板９はオートローダ７によって外部カセット８に収容される。このような動作を繰り返して、多数の基板９に対して順次、枚葉処理を行う。
【００５４】
このような枚葉処理を所定回数繰り返した後、装置のメンテナンスを行う。メンテナンスは、前述した前処理エッチングチャンバー２内の防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の交換作業を含む。即ち、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４を交換した後、所定回数のダミーエッチングを行う。その他のチャンバーにおける所要のメンテナンス作業も並行して行い、再現性の確認等を行った後、枚葉処理を再開する。
【００５５】
上記構成及び動作に係る本実施形態のスパッタリング装置では、前処理エッチングモジュールにおける防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の表面が絶縁物から成っているので、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４交換後にアーク放電等に起因した前処理エッチング異常が発生することがない。また、前処理エッチング再開までに多数回のダミーエッチングを繰り返す必要がないので、生産性が向上し、かつランニングコストも低下する。
【００５６】
また、上記実施形態の構成では、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４は、金属製のシールド本体２６Ａの上に絶縁層２６Ｂを設けた構成であったが、全体が絶縁物から成る構成であっても良い。即ち、全体がアルミナやガラス（石英ガラス等）のようなセラミックスその他の絶縁物で形成されていても良い。但し、全体が絶縁物から成る防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の場合、割れやすかったりして取り扱いに注意を要する不便さがある場合がある。また、全体が絶縁物からなる防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の場合、アースに短絡されたとしても、内部に電位差が形成されたり、電気的に不安定になったりする場合がある。金属製の部材の上に絶縁層２６Ｂが形成された構成の場合、このような問題は少ない。
【００５７】
尚、絶縁層２６Ｂの形成方法としては、前述した溶射法が適しているが、この他、メッキ法やディッピング法、陽極酸化法等を採用し得る。また、防着シールド２６１，２６２，２６３，２６４の全面が絶縁物となっていることが好ましいが、アーク放電等の異常の発生の原因になっているところが特定できれば、その部分だけを絶縁層２６Ｂとするように、部分的に絶縁物となっていても良い。
【００５８】
また、前記実施形態では、基板ホルダー２３がプラズマ形成用の高周波電極として兼用されたが、別途専用の高周波電極を設けるようにしても良い。例えば、基板ホルダー２３とともに平行平板電極を構成するように別の高周波電極を設けるようにする。尚、チャンバーのレイアウトは、図１に示すクラスターツール型に限らず、インライン型であっても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項の発明によれば、前処理エッチングチャンバーにおけるアーク放電等の前処理エッチング異常が抑制されるため、品質の良いスパッタリング処理を行うことができる。これに加え、防着シールドの交換の際の手間やコストが軽減されるため、生産性やランニングコストの点で優れた装置が提供される。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、周波数の異なる二つの高周波電源が使用されているので、プラズマの形成効率を大きく低下させることなくアーク放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の平面概略図である。
【図２】図１に示す装置が備える前処理エッチングモジュールの正面断面概略図である。
【図３】前処理エッチング異常発生時の異常放電跡を模式的に示した斜視図である。
【図４】実施形態の装置における防着シールド交換後のダミーエッチングの実験について示した図である。
【図５】従来の装置における防着シールド交換後のダミーエッチングの実験について示した図である。
【図６】防着シールド交換後のパーティクルの発生数について示した図である。
【符号の説明】
１搬送チャンバー
２前処理エッチングチャンバー
２１排気系
２２ガス導入系
２３基板ホルダー
２４バイアス用電源
２５プラズマ用高周波電源
２６１防着シールド
２６２防着シールド
２６３防着シールド
２６４防着シールド
２６Ａシールド本体
２６Ｂ絶縁層
３プリヒートチャンバー
４スパッタチャンバー

Claims

基板の表面にスパッタリングにより薄膜を作成する成膜処理が内部で行われるスパッタチャンバーと、成膜処理に先立ち基板の表面をエッチングする前処理が内部で行われるチャンバーであってスパッタチャンバーと真空が連続するようにして設けられた前処理エッチングチャンバーとを備えたスパッタリング装置であって、
前記前処理エッチングチャンバー内には、エッチングの際に基板の表面から放出された材料が特定の場所に付着するのを防止する防着シールドが設けられており、前記防着シールドは交換可能に設けられているとともに、前記防着シールドの表面には、堆積する薄膜の剥離を防止するための凹凸が形成されており、
さらに前記防着シールドの表面の一部又は全部は絶縁物となっていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記防着シールドは、金属製のシールド本体の表面に絶縁層を形成したものであることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
前記絶縁層は１μｍ以上の厚さであることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
前記防着シールドは、金属製のシールド本体の表面に溶射法により絶縁層を形成した構造であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
前記絶縁層は、アルミナの溶射により形成されていることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
前記前処理エッチングチャンバーを排気する排気系と、前記エッチングチャンバー内にガスを導入するガス導入系と、前処理エッチングチャンバー内に高周波電界を設定する周波数の異なる二つの高周波電源とが設けられており、これらの高周波電源のうちの少なくも周波数の高い方の高周波電源は、導入されたガスに高周波エネルギーを与えプラズマを形成し、該プラズマによって前記基板の表面のエッチングを行うものであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のスパッタリング装置。